经过近半个世纪的发展,红外光谱技术已经广泛应用于食品、药品、生物诊断、农业、纺织、炼油与化工等行业的分析检测。物质中的某些分子会选择吸收某些特殊波长的红外线,而引起分子中相应振动能级和转动能级的跃迁,因而通过对红外光谱的检测可以了解物质的组成信息。为了满足红外光谱检测要求,不同类型的红外光谱仪相继被研制及应用,这些光谱仪是进行红外检测的基础。目前,随着红外光谱检测需求的不断拓展,红外光谱仪的小型化、专用化和成本控制成为红外光谱仪发展的趋势。传统类型的红外光谱仪光路较为复杂,且常带有活动部件,因而对机械加工精度的要求很高,同时光路中的光学元器件价格也较贵,这些因素都使得红外光谱仪的价格昂贵而系统的稳定性、可靠性和工作环境适应性偏弱。线性渐变滤光片是一种新型的分光器件,具有体积小、低成本的特点,同时利用其制备的光谱仪具有全固态结构,没有活动部件,可靠性高。因此,为了满足红外光谱仪小型化和低成本的需求,线性渐变滤光片型近红外光谱仪是一种可行的方案,但相对于传统的光栅光谱仪和傅里叶变换红外光谱仪,线性渐变滤光片近红外光谱仪的研究和应用还较少。本研究的主要内容是设计一种基于线性渐变滤光片的近红外光谱仪,并在制药生产线上对其性能进行实际测试。此外,在该设计的基础上对线性渐变滤光片近红外光谱仪做进一步的改进,利用单像素探测器代替昂贵的线阵铟镓砷传感器,进一步降低光谱仪的成本;同时引入反卷积算法对近红外光谱数据进行处理,并通过实验对改进后的光谱仪性能进行验证。本文的主要研究内容如下:1、基于线性渐变滤光片和线阵铟镓砷传感器的近红外光谱仪光机结构设计:使用Lighttools软件进行该光谱仪的照明光路优化设计,使投射在线性渐变滤光片上的待测光光强分布尽可能均匀。使用Solid Works和Auto CAD软件对该光谱仪的机械结构进行设计,使光谱仪机械结构满足简单可靠、方便组装调试的要求。通过设计实验和制药生产线实际测试对该光谱仪的性能进行了测试,对测试中出现的问题进行改进;2、设计并搭建了基于光纤扫描和线性渐变滤光片的近红外光谱仪:该设计引入了压电陶瓷管光纤悬臂梁,对线性渐变滤光片实现连续的一维扫描,结合光学设计实现了基于线性渐变滤光片和单像素探测器的近红外光谱仪。并通过实验对该光谱仪的性能进行了验证;3、研究了提高线性渐变滤光片近红外光谱仪波长分辨率的方法:在光学系统搭建方面,通过将两片线性渐变滤光片交错叠加来实现波长分辨率的提高。在近红外光谱数据处理方面,通过引入黄金反卷积算法实现波长分辨率的提高,并通过实验对这两种方法经行了验证。